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王致华的专栏

    在信号检测中常常会遇到这样一种情况:被检测信号在50Hz工频干扰频率以下或以上并且包含有强度高达数十倍甚至上千倍的50Hz工频干扰,常规情况下是使用高、低通滤波器、陷波器、或者是高、低通滤波器+陷波器构成的滤波电路来消除50Hz干扰,但是效率相对来说不高,成本也比较大。

    我们知道,每个2阶椭圆函数滤波器都带有一个零点,相当一个陷波器,因此利用椭圆函数滤波器来进行高、低通滤波,同时还具有陷波器功能,这将极大提高滤波器的效率、降低成本,提高性价比。

    利用椭圆函数具有陷波器的特性,我提出一种新的噪声抑制滤波器设计理念---反切比雪夫/椭圆函数陷波滤波器、或者叫椭圆函数噪声拟制滤波器、或者叫50Hz陷波椭圆函数滤波器。这是椭圆函数滤波器的一个特殊应用,专门用椭圆函数滤波器解决高、低通滤波中的高强度点噪声干扰抑制问题。

    为了实现这一设计理念,我开发出一种椭圆函数高通陷波滤波器---F42N50Hx,和椭圆函数低通陷波滤波器---F42N50Lx,本文档对其思想来由略加说明。

    F42N50Hx系列是一种专门用于去除50Hz工频干扰的高信噪比椭圆函数高通滤波放大器,其功能相当于一节2阶50Hz陷波器(通常可达30dB)+(2-4)阶高通滤波器+(0-60dB)放大器。F42N50Lx系列是一种专门用于去除50Hz工频干扰的高信噪比椭圆函数低通滤波放大器,其功能相当于一节2阶50Hz陷波器(通常可达30dB)+(2-4)阶高通滤波器+(0-60dB)放大器。




    不难看到,这是一种高效率高性价比滤波器。比如,当高通3dB频率为30Hz时,用一节F42N50H300构成50Hz噪声抑制3阶低通椭圆函数滤波器的信噪比在49.5Hz点上可达80dB,这是任何3阶全极点滤波器无法做到的(3阶全极点滤波器可以产生45dB的信噪比),用3阶全极点高通滤波器加一个二阶陷波器可以达到,但是成本加大,并且需要联合设计才能在300Hz恢复3dB的衰减。


    F42N50H/Lx系列的的特点是:(1)可以构成50Hz以上高通滤波器或以下的低通滤波器,并带有一个50Hz陷波器;(2)陷波频率已经设置好,用户免调试;(3)具有100ppm/℃的优良温度稳定性。(4)Q值调整不影响陷波器中心频率。(5)可以提供1-1000倍(0-60dB)的放大倍数。

    用户可以通过一块器件构成2-4阶阶反切比雪夫/椭圆函数陷波滤波器,两节器件可以构成4-8阶椭圆函数陷波滤波器,一般不建议一个通道超过两块,由于本器件主要是用来消除工频点噪声的,多数情况下两块器件构成的4~8阶高通滤波器的噪声抑制能力是够用了。

    F42N50H/Lx系列由于只有7个脚,无法引出更多的控制参数,因此是以定制的方式提供的。除了陷波器频率是固定的50Hz以外,高通截至频率也是基本固定的,一般情况下厂家提供应用电路,并带有具体电路参数,因此应用非常简单。通常是厂家滤波器方案支持工程师根据用户要求提供电路和定制器件,用户一般无需任何试验和调整而直接使用。因此用户在使用过程中并不感觉到是在使用反切比雪夫/椭圆函数滤波器、并不感到有什么技术难度,但是能明显感觉到比全极点滤波器的衰减提高很多,这是由于一块椭圆函数滤波单元相当于两块同样阶数全极点滤波器的50Hz噪声抑制能力。

    椭圆函数陷波滤波器与平常所说的椭圆函数滤波器有什么不同呢?高阶椭圆函数滤波器的阻带一般呈现梳子状,通常以梳齿的尖的衰减为阻带最小衰减来设计,椭圆函数陷波滤波器一般是单节使用或两节梳谷重叠使用,因此一般只有一个梳齿,甚至没有梳齿,设计和调试中重点考虑梳齿之间的谷点也就是陷波点的衰减,其次考虑梳尖的衰减,因此比一般椭圆函数滤波器考虑的要多一个因素。一般椭圆函数滤波器对于梳谷是基本不考虑的,而椭圆函数陷波滤波器恰恰是要对梳谷进行严格调试,采用梳谷重叠其目的是获得高阶陷波衰减,因此对调试要求很高。现有椭圆函数滤波器的设计方法难以直接设计椭圆函数陷波滤波器。椭圆函数陷波滤波器的高明之处在于他巧妙的利用了零点的陷波特性,因此比用一般方法设计的椭圆函数滤器更为有效。通常类似于50Hz干扰这种点噪声,其强度比平均噪声密度高1~3个数量级,假如50Hz干扰是平均噪声密度的一千倍,如果不进行陷波,则整个阻带都要增加60dB的衰减,这就很浪费资源很不必要。椭圆函数陷波滤波器能够对不同强度的噪声施加了不同的权重加以滤波,因此更为合理,滤波效率更高。


特点(Feature)

    相当于一节2阶陷波器+(2-4)阶高/低通滤波器+1~1000倍放大器。

    具有±0.1%的陷波中心频率精度,无须用户再调整。

    内置±30ppm/℃低温漂电容,0.1% 精度25ppm/℃的频率电阻,具有100ppm/℃的极佳的频率温度稳定性。

    Q值可通过一个外接电阻调整。

    可通过两个外部电阻RA和RG设置滤波器的增益。

    可多节级联方便构成高阶切比雪夫滤波器-2或椭圆函数滤波器。

    双电源电路。

    SIP7模块封装,体积小,环境适应能力强。

    提供不同环境级别:C级0~70℃,I级-40~85℃。





F42N50L25三阶、六阶重叠椭圆函数低通滤波器频响曲线



F42N50H300 二/四/六阶300Hz椭圆函数高通滤波器频率特性


    关于椭圆函数陷波滤波器F42N50Hx/F42N50Lx的更多信息请到http://www.ic-filter.com下载。

  • 阅读(45967)  |   评论(46)  |   推荐(118)
网友评论
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  • 匿名这个陷波衰减太小了,基本没用
  • 2013/11/5 9:33:42回复
  • 头像
  • 匿名好。
    深圳市正沃电子有限公司专业代理高压整流硅堆,高频高压整流硅堆,
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  • 2012/9/1 14:59:48回复
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  • 匿名期待新博文
  • 2012/8/29 17:03:01回复
  • 头像
  • 匿名不错
  • 2012/8/29 17:02:43回复
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  • 匿名好文章
  • 2012/8/29 17:02:22回复
  • 头像
  • 匿名图表很清晰
  • 2012/8/29 17:02:01回复
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  • 匿名分析细微
  • 2012/8/29 15:37:56回复
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  • 匿名拥有一项技能很重要
  • 2012/8/29 15:37:40回复
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  • 匿名谢博主分享了
  • 2012/8/29 15:37:10回复
  • 头像
  • 匿名专业呀
  • 2012/8/29 15:36:42回复
  • 发表评论(已有46条评论)
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